转基因植物的生物安全性

转基因植物的生物安全性1第1页，课件共86页，创作于2023年2月人口–1999年–60亿2050年–90亿

截至2050年将有90%的人口生活在南半球 目前，南半球四分之三的人口属于农村人口，其中大多数为农民 和无地农业人口农作物

–食物、饲料和纤维的主要来源–每年产量65亿公吨，价值约合2.5万亿美元

–农作物价格已经上涨一倍

土地–1966年以来，人均可耕地面积减少了三分之二

1966年为0.45公顷

2050年为0.15公顷营养不良/贫困

8.52亿人口饱受饥饿/营养不良之苦

13亿人口挣扎在贫困线上–其中70%是农业人口挑战

–截至2050年，将约15亿公顷耕地生产的食物、饲料和纤维产量提高一倍并持久增长农业发展是实现千年发展目标的关键途径食物是首选良方

资料来源：CliveJames，2008

挑战

–全球食物、饲料、纤维和燃料安全–减轻贫困和饥饿2第2页，课件共86页，创作于2023年2月没有哪一种办法能够完全解决食物、饲料、纤维和燃料安全问题仅仅依靠传统的作物改善方法无法实现截至2050年食物产量增加一倍行之有效的战略必须包含多种办法，要能解决以下所有主要问题：人口稳定

改进食物分配体制技术方面

-一种作物改良战略，综合运用传统手段及转基因作物技术，从而实现优化产量，促进食物、饲料、纤维和燃料安全全球性食物、饲料、纤维和燃料战略转基因作物虽不是万能药但却极其重要3第3页，课件共86页，创作于2023年2月一、转基因植物研究应用概况1.转基因植物发展现状转基因植物或有时被称为遗传修饰植物（GMP或GMO）是指：运用重组DNA技术将外源基因整合于受体植物基因组，从而改变其遗传组成后产生的植物及其后代。自1983年第一例转基因烟草植株问世以来，转基因农作物在全球范围内飞速发展，种植面积直线上升。1995年种植面积仅120万hm2，1998年达到了2780万hm2，1999年又增加了1200多万hm2，达到3990万hm2。2001年全球转基因作物种植面积超过5000万hm2，2002年更是创出了历史新高，达5867万hm2，到2005年达到9000万hm2，2007年达到1.143亿hm2。4第4页，课件共86页，创作于2023年2月根据农业生物技术应用国际服务组织(ISAAA)在北京发布的《全球转基因作物概况报告》，转基因技术的大规模应用始于1996年，美国种植了160万公顷的转基因大豆，截止到2007年转基因农作物的种植面积已达1.143亿公顷，比之当初翻了67倍。据国际有关方面预测，到2010年，世界转基因食物的市场总收入将达30000亿美元，其中仅转基因食物的种子收入就可达3000亿美元。5第5页，课件共86页，创作于2023年2月2007年焦点–

转基因作物种植面积大幅增加

1.143亿公顷较之2006年的1.02亿公顷

增加了1230万公顷–

增幅达12%

–五年以来的第二大增幅1.143亿公顷分布于23个国家，比2006年22个国家的1.02亿公顷有所增加1996年以来，全球已累计种植转基因作物6.9亿公顷

有1200万农民种植转基因作物，而2006年仅有1030万–

其中90%或1100万都是资源匮乏的农民–发展中国家的小农首次超过1000万

2007年，全球65亿人口中有55%或36亿人口居住在这23个种植转基因作物的国家6第6页，课件共86页，创作于2023年2月2006年和2007年间增长了12%，合1230万公顷（或3000万英亩）。全球转基因作物总面积1996年至2007年（单位：百万公顷）种植转基因作物的23个国家020406080100120140199619971998199920002001200220032004200520062007合计发达国家发展中国家7第7页，课件共86页，创作于2023年2月01002003004005006007008001996199719981999200020012002200320042005200620076.66亿公顷=16亿英亩百万英亩172912359884947412470148219761996年至2007年全球转基因作物累计种植面积（单位：百万公顷）资料来源：CliveJames,20088第8页，课件共86页，创作于2023年2月1996年至2007年全球转基因作物种植面积（单位：百万公顷）——按作物种类大豆玉米棉花芸苔9第9页，课件共86页，创作于2023年2月10第10页，课件共86页，创作于2023年2月1996年至2007年全球转基因作物种植面积（单位：百万公顷）——按性状分抗除草剂抗虫抗除草剂/抗虫11第11页，课件共86页，创作于2023年2月2007年全球转基因作物种植面积（单位：百万公顷）：按国家分12第12页，课件共86页，创作于2023年2月从应用的国家来看，2005年已有21个国家近850万农户种植了转基因作物。美国、阿根廷、巴西、加拿大、中国仍是主要的转基因作物种植国，分列前5位，其中，美国种植了4980万hm2的转基因作物,占全球转基因作物种植总面积的55%,而中国种植了330万hm2的转基因棉花,占全球的约3.7%2007年是转基因作物的一个重要里程碑。这一年种植转基因作物的国家增加到了23个，其中12个为发展中国家，11个为发达国家，有8个国家的种植面积超过100万公顷，智利和波兰成为最新的两个转基因作物种植国家。发展中国家受益于转基因作物的小农户数量第一次超过了1000万，达约1100万，占全球生物技术受益农民总数的90％。

国际农业生物技术应用服务组织

（ISAAA）预计，到2010年世界上将有30个以上国家的1500万农民种植转基因作物。转基因植物全球分布13第13页，课件共86页，创作于2023年2月2007年–全球保持强劲增长在北美洲，美国的种植面积增长310万公顷，–5770万公顷中有37%是“叠加性状”作物，1000万公顷种植生物燃料作物，玉米种植面积增加40%在亚洲，印度的转基因棉花种植面积增加63%，达620万公顷，中国增加了9%，达380万公顷–菲律宾也有所增加在南美洲，巴西–转基因大豆和棉花种植面积增加30%，达1500万公顷–阿根廷位列第二，智利也有增长南非的转基因作物种植面积增加了30%，达180万公顷，其中大部分是食用转基因白玉米波兰是第8个种植转基因玉米的欧盟成员国。欧盟的种植面积首次突破10万公顷–2007年增长了77%14第14页，课件共86页，创作于2023年2月从1996年到2007年，发展中国家的转基因作物种植面积在全球所占比重每年都保持增长

–

2007年达43%，比2006年的40%增长了3%2007年，发展中国家的转基因作物种植面积增加了850万公顷，增幅达21%，而发达国家仅增长380万公顷，只有6%的增幅亚洲、拉美和非洲最大的五个转基因作物种植国家中国、印度、阿根廷、巴西和南非，总人口为26亿（占全球人口的40%），2007年种植的转基因作物面积合计4600万公顷，相当于全球总面积的40%2007年，发展中国家转基因作物种植面积的增长继续超过工业化国家

15第15页，课件共86页，创作于2023年2月

2007年转基因作物全球分布（单位:百万公顷）16第16页，课件共86页，创作于2023年2月提高产量和收入

–产量提高5%到50%。2006年农民收入增加70亿美元，1996年至2006年期间增加了340亿美元；工业化国家占175亿美元，发展中国家占165亿美元保护生物多样性

–

将相同耕地面积的产量提高一倍

–

保护森林/生物多样性–发展中国家每年流失1300万公顷环境影响

–

减少外部输入需要

-1996年至2006年期间，节省了289,000公吨杀虫剂-2006年减少了150亿公斤二氧化碳

–相当于650万辆车的排放量–全球变暖-水土保持=可持续发展社会效益

-2007年，为1100万小农减贫，2006年这一数字为930万-妇女和儿童福利效益开始显现-更廉价的食物、饲料、纤维和燃料

转基因作物的影响

17第17页，课件共86页，创作于2023年2月经济效益1986年全世界有5例转基因植物首次批准进入田间实验，1994年首例转基因植物——转基因耐贮藏番茄在美国批准进入市场。随着转基因农作物在全球迅速推广，转基因农作物产品的市场销售额也迅速增加，从1995年的0.75亿美元增加到1998年大约12～15亿美元，4年间增加约20倍。从目前的发展趋势预测，2010年市场销售额可达到200亿美元。转基因农作物在全球的迅速推广，已经开始影响到相关的经济等领域。例如抗虫转基因农作物的推广，使世界农药市场从90亿美元萎缩至60亿美元，农作物产量则增加了5％～10％，农药对环境的污染明显减轻。自1996年转基因作物的首次商业化种植以来,累计的全球市场价值约293亿美元,预计2006年将超过55亿美元。18第18页，课件共86页，创作于2023年2月所有国家美国

阿根廷中国巴西印度加拿大其他1996-20062006337亿美元159亿美元

66亿美元58亿美元

19亿美元

13亿美元

12亿美元

10亿美元70亿美元

29亿美元13亿美元8亿美元6亿美元8亿美元3亿美元3亿美元

转基因作物–全球经济效益：

1996年至2006年和2006年19第19页，课件共86页，创作于2023年2月未来–第二个十年，2006年-2015年得益于采用复合性状并拓展具有农艺、优质及其他特性的作物，再加上约3年后将应用的耐旱特性，美国、加拿大和澳大利亚的转基因作物会继续保持增长。高昂的农产品价格会促进转基因作物的种植第一个十年（1996年-2005年）属于美洲，在第二个十年中，以印度、中国和越南等新兴国家为首的亚洲很可能出现强势增长

巴西拥有巨大潜力，有可能引领拉美的增长非洲

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种植转基因作物的国家数量会略有增长，其中以北非的埃及、西非的布基纳法索和东非的肯尼亚为最

欧盟会保持缓慢到中度的增长步伐，东欧潜力巨大以美国、巴西以及许多其他国家为首将转基因作物用作生物燃料–

乙醇和生物柴油，将成为一种重要的新发展。20第20页，课件共86页，创作于2023年2月资料来源：CliveJames，2008种植转基因作物的国家数种植转基因作物的农民数全球转基因作物面积20072015231200万1.14亿公顷~40

达到1亿约2亿公顷第二个十年预测，2006年-2015年21第21页，课件共86页，创作于2023年2月我国转基因植物研究现状1997～1999年，有26项转基因产品已获准我国安全性审批，其中抗虫类型16项，抗病毒类型9项，改良品质类型1项。近几年来，我国转基因作物面积发展极其迅速，1998年全国转基因作物种植面积为15万亩，1999年超过200万亩。2000年仅转基因抗虫棉的栽培面积即已超过400万亩。我国种植面积最大的转基因作物是抗虫棉，2002年种植面积为200万公顷，2007年发展到了380万公顷。转基因作物的种植面积只占全球的5%，涉及的转基因作物还仅限于棉花，但抗虫转基因水稻、抗虫转基因玉米等在田间试验中表现优异，显示了良好的产业化潜力。22第22页，课件共86页，创作于2023年2月我国已通过安全性审批的转基因植物23第23页，课件共86页，创作于2023年2月2.转基因植物的分类

转基因植物目前主要应用于农业和医药领域，其中又主要是农业领域。农业领域主要是向农作物转入各种有用基因，特别是抗有害生物(病原体、害虫、杂草等)、抗逆境(干旱、盐碱、寒冷、炎热等)、增进农产品产量和品质、改变生长发育特性、提高光合效率等方面的基因，获得符合人类目标的新种质，培育新品种。医药领域主要是利用转基因植物为“植物生物反应器”，生产口服疫苗及医用蛋白等。24第24页，课件共86页，创作于2023年2月（1）抗除草剂转基因植物众所周知，杂草是农作物生产的一大危害。除草剂已在许多国家广泛应用，免去了传统农业中繁重的人力或机械除草劳动，大大降低了除草成本。随着我国农业生产的发展，除草剂的普及应用势在必行。将抗除草剂基因转入栽培作物，可以更有效地使用除草剂防治田间杂草，保护作物免受药害，从而增产增收。抗除草剂转基因植物是最先进入田间生产的转基因植物，也是目前为止栽培面积最大的一类转基因农作物。抗草苷磷的大豆、油菜、甜菜、玉米，抗溴苯腈的烟草、棉花等，已在若干北美和南美国家大面积种植。转基因抗除草剂的玉米不受影响（右侧为未使用除草剂的对照）25第25页，课件共86页，创作于2023年2月杂草与庄稼竞争空间和营养太累了！转基因庄稼不怕除草剂杂草怕除草剂

死定了高枕无忧太棒了，简单方便26第26页，课件共86页，创作于2023年2月抗除草剂转基因作物的应用现状在种植的转基因作物中，抗除草剂作物占有的比例最大。1997年有690万公顷，占转基因作物总种植向积的63％；1998年有1980万公顷，占71％；2007年有7000万公顷。其次是抗虫作物，在1997年和1998年分别有400万公顷和770万公顷；2007年达2000万公顷。既抗虫又抗除草剂的转基因作物也开始种植了，并呈增长趋势。抗除草剂抗虫抗除草剂/抗虫百万公顷27第27页，课件共86页，创作于2023年2月种植面积最大的抗除草剂转基因作物是大豆。在1998年，抗除草剂转基因大豆占总的抗除草剂转基因作物种植面积的72％。其次是油莱，占12％，棉花和玉米各占8％。28第28页，课件共86页，创作于2023年2月创制成功的抗除草剂水稻品种29第29页，课件共86页，创作于2023年2月抗除草剂基因作用的原理通过除草剂作用的靶酶的过量产生来解毒。如5—烯醇丙酮酸草酸—3—磷酸(EPSP)合成酶的过量表达，可使植物对草苷膦产生抗性。改变除草剂作用靶物的敏感性。如aroA基因所编码的EPSP对草苷膦敏感性降低，导入植物后可使转基因植株产生抗性。降解除草剂的基因。这类基因大多来自土壤微生物，如bar基因编码phosphinothricin(PPT)乙酰转移酶(PAT)，可解除Basta、Biolaphos等含PPT除草剂的毒性。降解2，4—D的tfdA基因和水解溴苯腈的bxn基因，在整合于植物基因组后，也能使植株分别对除草剂2，4—D和溴苯腈产生抗性。30第30页，课件共86页，创作于2023年2月草甘膦(glyphosate)特异性地抑制植物和细菌中莽草酸羟基乙烯转移酶(EPSPS)的活性，而EPSPS是芳香族氨基酸合成途径中的一个酶。对于植物抗草甘膦的基因工程，在开始时人们考虑出两种方法：一是EPSPS的过量产生，二是应用编码点突变的靶蛋白的基因。磺酰脲(sulfonylurea)是一组除草剂，磺酰脲类除草剂通过抑制支链氨基酸合成过程中的一个关键酶———乙酰乳酸合成酶(acetolactatesynthase,ALS)来表现其除草剂作用。抗EPSPS抑制剂基因抗ALS抑制剂基因抗除草剂基因31第31页，课件共86页，创作于2023年2月乙酰CoA转移酶基因草丁膦(phosphinothricin,PPT)是有机磷类除草剂，是非选择性广谱除草剂Basta的活性成分。谷氨酰胺合成酶(glutaminesynthetase,GS)是草丁膦的作用靶标，此种酶诱导L-谷氨酸形成谷氨酰胺，由于GS受抑制，使细胞间氮迅速积累，若干氨基酸缺乏，导致植株最终死亡。乙酰CoA转移酶(acetylCoAtransferase)具有使除草剂草丁膦代谢失活的作用。阿特拉津氯水解酶基因阿特拉津(atrazine)是三嗪除草剂(triazineherbicide)的主要代表，其主要作用是抑制光合作用PSII电子传递中质体醌传递电子，从而使能量传递过程中断，光合作用停止，最终导致植物死亡。抗除草剂基因32第32页，课件共86页，创作于2023年2月细胞色素P450基因P450酶系是结合在内质网膜上含硫醇血红素的氧化酶。P450对除草剂在作物体内的氧化代谢中起着重要作用，可催化除草剂的各种代谢反应。原卟啉原氧化酶基因原卟啉原氧化酶Protox(protoporphyrinogenoxidase)在亚铁原卟啉与叶绿素生物合成中催化原卟啉原Ⅸ氧化成原卟啉Ⅸ，此种酶受到需光除草剂protoxinhibitors的专门抑制，迅速造成植物细胞受害与干枯。抗除草剂基因33第33页，课件共86页，创作于2023年2月①抗除草剂转基因作物的杂草化抗除草剂转基因作物的“杂草化”包含两个方面：一是抗性作物自身“杂草化”，包括抗性作物逸生成杂草和自生苗对下茬作物的为害；二是抗除草剂转基因作物的抗性基因“漂移”到杂草上，导致抗药性杂草产生。抗除草剂转基因作物的安全性问题34第34页，课件共86页，创作于2023年2月抗除草剂转基因作物的抗性基因在环境中的移动（漂移）主要路径及存在的形式35第35页，课件共86页，创作于2023年2月36第36页，课件共86页，创作于2023年2月②对环境的影响这种作物对野生植物群落的潜在影响，即逸生后可否像外来植物一样，替代当地某些植物，改变植物的群落结构；抗性基因“漂移”到其他野生植物上，改变它们的适应性(包括提高和降低适应性两个方面)，导致植物群落结构的改变；抗除草剂转基因作物对其他非靶标生物(如昆虫、乌、微生物等)的影响；种植这种作物后可能增加除草剂的用量而加重对环境的污染。37第37页，课件共86页，创作于2023年2月③食品的安全性导入基因后对食品质量是否有影响?基因表达的蛋白是否是过敏原或有毒?这种风险取决于导入的外源基因的来源及特性。38第38页，课件共86页，创作于2023年2月（2）抗虫转基因植物Bt杀虫蛋白基因Bt杀虫蛋白基因编码苏云金芽苞杆菌(Bacillusthuringiensis)的伴苞晶体蛋白。作为生物杀虫剂，苏云金芽苞杆菌制剂早已在农业生产上应用。Bt杀虫蛋白可以分为α－外毒素、β－外毒素、δ－内毒素和虱因子。其中用于转基因植物的主要为δ－内毒素。δ

－内毒素在昆虫中肠的碱性和还原性环境下被降解为60kD左右的活性肽，并与受体的蛋白结合，联合于细胞膜，引起膜穿孔，破坏细胞渗透平衡，引起细胞肿胀甚至破裂，最终导致昆虫瘫痪或死亡。来自不同亚种或同一亚种不同菌株的δ

－内毒素，往往具有不同的杀虫范围。39第39页，课件共86页，创作于2023年2月基因来源微生物来源——苏云金芽孢杆菌苏云金芽孢杆菌杀虫晶体蛋白基因（Bt基因）（广泛应用、重点介绍）苏云金芽孢杆菌非晶体胞外杀虫蛋白基因（Vips基因）-营养期杀虫蛋白植物来源——植物中分离出的昆虫蛋白酶抑制剂基因，其中应用最多的是豇豆胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI）；植物凝集素基因，如雪莲花凝集素基因（初步研究应用）动物来源——蝎昆虫毒素、蜘蛛毒素40第40页，课件共86页，创作于2023年2月1、微生物来源——Bt杀虫晶体蛋白基因基因介绍——Bt杀虫晶体蛋白基因编码苏云金芽苞杆菌(Bacillusthuringiensis)的伴苞晶体蛋白。作为生物杀虫剂，苏云金芽苞杆菌制剂早已在农业生产上应用。基因种类——从Bt菌株中分离出至少90种基因编码的杀虫结晶蛋白，根据蛋白结构同源性和寄主范围，将这些基因划分为CryⅠ、CryⅡ、CryⅢ和CryⅣ4个主要类型。主效成分——Bt杀虫蛋白可以分为α－外毒素、β－外毒素、δ－内毒素和虱因子。其中用于转基因植物的主要为δ－内毒素。作用特点——杀虫结晶蛋白通常以没有毒性的原毒素形式存在当被昆虫取食之后，在昆虫的消化道内，原毒素被活化，转型为有毒性的多肽分子。41第41页，课件共86页，创作于2023年2月溶解条件——必须先溶解在昆虫的肠道里，杀虫结晶蛋白只能溶于碱性条件下，而不能溶于中性条件或者酸性条件（人肠道为酸性）溶解活化——在专一性蛋白酶水解切割作用下，释放出毒素核心肽段（60KD左右），原毒素被活化成毒素（能否溶解）活化状态——较为稳定，不被胰蛋白酶或者其它蛋白酶所破坏（是否稳定）（不能活化——不稳定，很容易被肠道中的蛋白酶分解成小的肽段或者氨基酸，与其它食物的结果一样被消化吸收）特异性结合——与昆虫肠道上皮细胞上面的特异性受体结合后杀虫结晶蛋白全部或部分嵌合于细胞膜中（有无特异受体）作用效果——嵌合后使细胞膜产生一些孔道，引起膜穿孔，破坏细胞渗透平衡，引起细胞肿胀甚至破裂，昆虫幼虫将停止进食，最终死亡。Bt蛋白毒性作用的基本过程（要素）42第42页，课件共86页，创作于2023年2月Bt蛋白作用范围(杀虫谱)

来自不同亚种或同一亚种不同菌株的Bt蛋白（δ－内毒素）具有不同的杀虫范围CryⅠ——鳞翅目CryⅡ——鳞翅目和和双翅目CryⅢ——鞘翅目CryⅣ——双翅目CryⅤ——鳞翅目和鞘翅目CryⅥ——线虫抗虫水稻——华恢1号：Cry1Ab/Cry1Ac43第43页，课件共86页，创作于2023年2月实验研究——1999年5月，康奈尔大学的一个研究组在《Nature》杂志上发表文章，声称转基因抗虫玉米的花粉飘到一种名叫“马利筋”的杂草上，用马利筋叶片饲喂美国大斑蝶，导致44%的幼虫死亡。（事实-存在风险）生态效应——转基因抗虫玉米导致北美斑蝶变成濒危物种（推测-尚无证据）事件影响——在全世界都引起了很大的反响。科学结论——第一，玉米的花粉非常重，扩散不远。第二，2000年开始在美国三个州和加拿大进行的田间试验都证明，抗虫玉米花粉对斑蝶并不构成威胁。斑蝶减少的真正原因，一是农药的过度使用，二是墨西哥生态环境的破坏。相关事件——北美斑蝶事件鳞翅目44第44页，课件共86页，创作于2023年2月2、植物来源——植物凝集素基因基因特性——植物凝集素(lectin)是一类能特异识别并可逆结合糖类复合物的非免疫性球蛋白。作用原理——当它被昆虫吞食至消化道时，与昆虫肠道周围细胞壁膜糖蛋白相结合，影响营养物质的吸收，同时还可能在消化道内诱发病灶，使害虫得病甚至死亡。应用现状——豌豆外源凝集素(P-lect)、雪花莲凝集素(GNA)、半夏外源凝集素(PTA)。研究实例——GNA存在于一定生长阶段的雪花莲组织中,它对线虫和蚜虫、叶蝉、稻褐飞虱等刺吸式口器的同翅目害虫具有很强的毒杀功能。45第45页，课件共86页，创作于2023年2月由于Bt基因对于高等哺乳动物和人类极为安全，是一种十分理想的杀虫基因，也是当前使用最为广泛的抗虫基因。当害虫取食植株组织时，转基因植物能自己生产Bt杀虫蛋白，抑制并杀死害虫。转Bt基因的抗虫棉花、玉米和马铃薯等已进入商品化生产。如玉米螟是玉米最重要的害虫，每条玉米螟幼虫可以使一株玉米减产3％一7％。因玉米螟的危害，玉米平均每年减产5％～10％。1996年，美国因玉米螟危害损失了13亿美元。近几年来．抗虫转基因玉米深受美国、加拿大农民的欢迎，种植面积急剧增加。46第46页，课件共86页，创作于2023年2月动物产生的昆虫毒素基因蝎昆虫毒素是蝎在长期的进化过程中形成的，它可专一作用于昆虫细胞膜离子通道，而对哺乳动物无害或毒性很小。90年代初，分别将5种蝎昆虫毒素基因导人烟草，发现转基因烟草对棉铃虫和烟青虫具极强的致死性。蜘蛛毒素。澳大利亚的Min公司从一种蜘蛛毒液中分离纯化到一种只有37个核昔酸的小肽。北京大学的研究人员人工合成了此肽的基因，导人烟草后，转基因烟草表现出明显的抗虫作用。47第47页，课件共86页，创作于2023年2月植物来源的各种抗虫基因蛋白酶抑制剂能削弱或阻断蛋白酶对食物中蛋白质的消化，使昆虫产生厌食反应，最终导致昆虫非正常发育和死亡。与抗虫性关系最密切的是丝氨酸蛋白酶抑制剂，包括胰蛋白酶抑制剂、胰凝乳蛋白酶抑制剂和弹性蛋白酶抑制剂，其中又以胰蛋白酶抑制剂最为重要。大多数昆虫利用胰蛋白酶类消化食物，但大多数植物不含或仅含微量这种酶。现已从豇豆、大豆、马铃薯、大麦等分离了丝氨酸蛋白酶抑制剂，其中豇豆蛋白酶抑制刑(CpTI)基因和马铃薯蛋白酶抑制剂(PinⅡ)基因抗虫效果较好。这些基因来自植物，故不需密码子改造就能很好地表达，其抗虫谱也比BT杀虫蛋白基因宽，昆虫难以直接产生抗性。蛋白酶抑制剂48第48页，课件共86页，创作于2023年2月植物凝集素植物凝集素(lectin)是一类能特异识别并可逆结合糖类复合物的非免疫性球蛋白。当它被昆虫吞食至消化道时，与昆虫肠道周围细胞壁膜糖蛋白相结合，影响营养物质的吸收，同时还可能在消化道内诱发病灶，使害虫得病甚至死亡。目前应用较多的外源凝集素主要有豌豆外源凝集素(P-lect)、雪花莲凝集素(GNA)、半夏外源凝集素(PTA)三种。豌豆外源凝集素能抑制辽豆象的繁殖，对抗稻飞虱、蚜虫一类刺吸式害虫表现出明显的抗性。GNA存在于一定生长阶段的雪花莲组织中,它对线虫和蚜虫、叶蝉、稻褐飞虱等刺吸式口器的同翅目害虫具有很强的毒杀功能。49第49页，课件共86页，创作于2023年2月（3）抗病转基因植物抗病毒转基因植物来自病毒的抗性基因衣壳蛋白基因（CP）首次获得成功的是抗TMV的转衣壳蛋白基因烟草。这一抗性称为衣壳蛋白介导抗性(CP－MR)。后来在水稻、玉米、油菜、马铃薯上得到应用。这种介导抗性的可能机制有：阻止病毒脱壳；衣壳蛋白与病毒RNA互作或与寄主的RNA互作，影响翻译；衣壳蛋白对病毒在细胞－细胞间和更长距离传播的干扰等。1995年，美国农业部批准了第一个转衣壳蛋白基因南瓜品种“FreedomII”投入商业应用。烟草、马铃薯、黄瓜、番茄等转衣壳蛋白基因品种相继投入市场。在国内，北京大学培育的抗CMV转衣完蛋白基因番茄、甜椒已通过安全性审查。50第50页，课件共86页，创作于2023年2月病毒复制酶基因病毒基因组是由多个基因组成。如马铃薯Y病毒组病毒的基因组，除CP基因外，至少含有6种非结构蛋白的编码区。研究表明，病毒非结构蛋白基因也可能使植物获得抗性。研究得较多的是病毒复制酶基因。现已明确，表达有各种缺失、序列改变的病毒复制酶修饰基因，以及完整的野生型复制酶基因的转基因植物，均具抗病毒性。病毒核内蛋白酶基因核内蛋白酶基因是病毒基因衍生抗性的另一个重要研究对象。北京市农林科学院将芜菁花叶病毒(TuMV)的Nla基因导入白菜，筛选到对TuMv具有高度抗性的转基因白菜株系、目前已进入中间试验。51第51页，课件共86页，创作于2023年2月病毒卫星RNA1986年，英国Harrison等首次将黄瓜花叶病毒(CMV)的卫星RNA反转录为cDNA后，转入植物中，获得了抗CMV的转基因植株。病毒卫星RNA能有效地与病毒基因组RNA争夺RNA复制酶，由于它分子小、复制周期短，因此随着复制循环的增加，病毒基因组的复制必然要受到极大干扰，但是其抗病性常常出现在病毒侵染的晚期，而且卫星RNA还存在突变频率高的现象。来自植物的抗病毒基因植物对病毒的抗性大多由单基因控制。如：含有Rx和Ry基因的马铃薯分别抗PVX和PVY。植物基因组的巨大性给抗病毒基因的鉴定和分离带来很大困难，但随着植物基因组计划的实施，从植物自身分离的抗病毒基因将会日趋增多。52第52页，课件共86页，创作于2023年2月②抗真菌转基因植物1）植物或细菌的几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶是大多数病原真菌细胞壁的主要成分之一，分别具有降解几丁质和β-1,3-葡聚糖的作用，可以用它们对抗植物的真菌病原。目前已从水稻、烟草、黄瓜、马铃薯、大豆等植物和某些细菌获得几丁质酶。日本、荷兰等国已经获得转几丁质酶基因的抗白粉病烟草和抗枯萎病番茄。2）核糖体灭活蛋白基因（RIP）核糖体灭活蛋白对控制病源真菌十分有效。大麦核糖体灭活蛋白在转基因烟草上的表达，已显示对真菌病原具有抗性。

3）导人防卫基因增强植物的抗病性53第53页，课件共86页，创作于2023年2月③抗细菌转基因植物1）杀菌肽基因杀菌肽是由30多个氨基酸残基组成的小肽，具有广泛的杀菌谱，对革兰氏阳性菌和阴性菌都有抗性。2）溶菌酶基因T4噬茵体溶菌酶在马铃薯块茎上的表达，增强了对病原菌的抗性。大麦α-硫素基因的表达，大大加强了转基因烟草对细菌病原菌的抗性。3）来自病原菌自身的抗菌基因4）植物的抗细菌基因如拟南芥Rps2基因和番茄Pto基因。植物抗病蛋白－－硫素，离体表现对植物病原具有毒性。54第54页，课件共86页，创作于2023年2月（4）抗环境胁迫的转基因植物温度胁迫（低温引起的冷害和冻害、高温）、水分胁迫（干旱和涝害）和化学物胁迫（盐碱、重金属、有机污染物等）植物对环境胁迫的抗性可能存在一些共同的作用机理。目前重点研究的抗环境胁迫基因有：脯氨酸合成酶基因、甜菜碱合成酶基因、调渗蛋白基因、乙醇脱氢酶基因、热激蛋白基因、苯丙氨酸裂解酶基因、苯基苯乙烯酮合成酶基因、胆碱脱氢酶基因和抗冻蛋白基因等。55第55页，课件共86页，创作于2023年2月（5）植物发育调节基因工程①控制果实成熟的转基因植物乙烯是植物果实成熟时重要的内源激素，通过控制乙烯合成的关键酶就可延长其些水果和蔬菜瓜果的保鲜期。②雄性不育基因工程特异性表达细胞毒素基因阻断花粉发育过程创造雄性不育。利用反义RNA技术获得雄性不育系。利用位点特异性重组系统产生雄性不育系。通过基因喷施外源激素产生条件型不育系。③改良品质的转基因植物种子中淀粉、油分、蛋白质的组成和含量，决定其品质的优劣花的颜色主要由花冠中色素组成的比例所决定的，而大多数花卉的色素为黄酮类物质。56第56页，课件共86页，创作于2023年2月颜色太单调了转基因吧！彩色草坪57第57页，课件共86页，创作于2023年2月（6）医药领域中的转基因植物优点：转基因植物生产药用蛋白，具有成本低、易于遗传操作、细胞具全能性、可利用种子贮存运输、对人类无害等优势。利用植物贮藏蛋白天然的高水平表达特性，生产人的神经肽——亮氨酸脑啡肽。植物中生产药用蛋白的另一条途径是使用基因工程植物病毒作载体。如：花椰菜花叶病毒（CaMV）、烟草花叶病毒（TMV）生产具有药用价值的蛋白多肽等。转基因植物生产食用疫苗：如乙型肝炎表面抗原（BbsAg）已在烟草、番茄和马铃薯中表达；在田间栽培能预防霍乱的苜蓿苗。转基因植物生物反应器58第58页，课件共86页，创作于2023年2月基因工程药物？？？

生病了打针吃药59第59页，课件共86页，创作于2023年2月二、转基因植物的安全性重点60第60页，课件共86页，创作于2023年2月安全性通常是指某事物在一定条件下所引起的危害程度和公众对风险的接受程度。转基因植物及其产品的安全性评价主要包括三个方面的问题：1）导入的外源基因及其产物对受体植物是否有不利影响2）有关转基因作物释放或使用带来的生态学上的安全性，主要有以下方面：转基因作物本身转变为杂草；转入的基因可能转移至近缘物种，从而使其变为杂草；转入基因在水平方向上转移至其他物种而带来生态学上的问题；基因以其他不明的方式使作物和其他野生近缘物种之间的生态关系紊乱61第61页，课件共86页，创作于2023年2月3）是有关毒理学方面的安全性问题。而毒理学方面的安全性，主要集中体现在食品、饲料和其他消费领域的安全性。主要有以下内容：转入的基因可能使植物变得不易加工或消化；它可能影响作物的毒理学特性；它可能以不明的方式产生某种有害物质；引起过敏性反应；抗生素作为标记基因产生的医疗抗性可导致无药可用；可能衍生环境激素效应。62第62页，课件共86页，创作于2023年2月几乎所有双子叶植物都容易受到土壤农杆菌感染，而产生根瘤。其致瘤特性是由Ti（tumor-inducing）质粒介导的。Ti质粒大约在160～240kb之间。其中T-DNA大约在15kb-30kb。Vir基因区在36kb左右。转基因植物构建农杆菌介导的基因转化方法63第63页，课件共86页，创作于2023年2月农杆根瘤菌之所以会感染植物根部是因为植物根部损伤部位分泌出酚类物质乙酰丁香酮和羟基乙酰丁香酮，这些酚类物质可以诱导Vir（Virulenceregion)基因的启动表达Vir基因的产物将Ti质粒上的一段T-DNA单链切下，而位于根瘤染色体上的操纵子基因产物则与单链T-DNA结合，形成复合物，转化植物根部细胞。

64第64页，课件共86页，创作于2023年2月65第65页，课件共86页，创作于2023年2月66第66页，课件共86页，创作于2023年2月1.外源基因对受体植物的影响大多数转基因植物的实验中都使用了两种遗传成分：标记基因和目的基因。（1）标记基因对植物的影响：目前转基因植物实验中使用的标记基因可分为两大类：选择基因和报告基因。选择标记基因可区分为抗生素抗性、除草剂抗性和植物代谢三大类。标记基因大多数会表达相应的酶或其他蛋白，它们有可能对转基因植株产生有害影响。67第67页，课件共86页，创作于2023年2月（2）外源基因的插入对植物的影响外源基因插入的位置及拷贝数的变化，将产生两方面的影响：可能导致转基因失活或沉默；可能会使受体植物的基因表现插入失活。（3）外源基因对植物的影响68第68页，课件共86页，创作于2023年2月2.转基因植物在生态方面的潜在风险主要两个方面：一是转基因植物本身带来的潜在风险；二是转基因植物通过基因流对其他物种带来影响，从而给生态系统带来危害具体内容包括：转基因植株成为杂草的可能性转基因植株对近源物种存在的潜在威胁抗虫转基因作物带来的潜在风险抗病毒转基因植物带来的潜在风险转基因作物对生态环境的其他方面的潜在风险等。69第69页，课件共86页，创作于2023年2月（1）转基因植物可能会成为杂草“杂草”是指非人为种植、对人类而言其不利性多于有利性的一类植物。杂草常有的几种特性70第70页，课件共86页，创作于2023年2月美国杂草科学委员会将杂草简单定义为：“对人类行为或利益有害或有干扰的任何植物。”杂草往往生长迅速并且具有强大生存竞争力，能够生产大量长期有活力的种子而且这些种子具有远、近不同距离的传播能力，甚至能够以某种方式阻碍其它植物的生长。由于杂草具有以上这些特征，所以常常给世界农业生产造成巨大损失。71第71页，课件共86页，创作于2023年2月转基因作物成为杂草的可能性

一个物种可能通过两种方式转变为杂草：它能在引入地持续存在；它能人侵和改变其他植物栖息地。理论上许多性状的改变都可能增加转基因植物杂草化趋势。例如种子休眠期的改变、种子萌发率的提高、对有害生物和逆境的耐受性、以及植株具有的生长优势等。在讨论转基因作物变成杂草的可能性时，首先应考虑遗传转化的受体植物有无杂草特性。如：玉米就是一种无论是生长还是繁殖都依赖于人类的作物，因而难以想像导入一两个基因的转基因玉米会变成野生杂草。72第72页，课件共86页，创作于2023年2月首先，通过已有知识，将实验对象进行风险分类：或是属于较高风险一类，或是属于较低风险甚至无风险一类。第二步根据第一步的分类进行不同的田间实验，来评价其生态上的表现。如果转基因作物具有更高的行为表现，则要进行第三步实验评估。转基因植物转变为杂草的潜在风险的评估73第73页，课件共86页，创作于2023年2月（2）转基因植物通过基因流对近缘物种的潜在威胁1）基因流发生的可能性基因流是由于物种之间通过花粉、种子、或无性繁殖体相互引入基因引起的。理论上只要大量种植转基因作物，而且附近存在有性亲和的近缘种或杂草，转基因作物的转入基因就会通过花粉传递给这些近缘植物，产生转基因作物与这些近缘植物的杂种。2）影响基因流发生的因素作物与其近缘物种或杂草之间种植或生长的距离不能太远，不能超出有活力的花粉所能传播的范围；作物与其近缘物种或杂草杂交后能产生可育的杂种，而且转基因在杂种中能得到表达；转基因在近缘物种或杂草种群中要得到稳定保持。74第74页，课件共86页，创作于2023年2月3）转基因植株对近缘种带来的潜在影响远缘杂交有可能使转基因植物中的抗病、抗虫、抗除草剂、抗逆境等基因通过水平（转基因向其他物种转移）、垂直（转基因向近缘物种转移）两个方向转移，使原先不是杂草的近缘物种变为杂草。4）转基因植株对野生种带来的潜在影响物种多样性的逐渐减少，如美国的蔬菜水果多样性已损失了97％，中东地区的小麦多样性已损失了85％。5）转基因植株对杂草带来的潜在影响抗除草剂基因不仅可作为标记基因用于筛选转基因植株，也方便了使用除草剂控制杂草生长。但如果某一抗除草剂基因从转基因作物流向杂草，可使杂草对某种除草剂产生抗性而难以控制。75第75页，课件共86页，创作于2023年2月基因流使近缘物种转变为杂草的潜在风险的评估第一步：基因流分析第二步：野生杂草转入基因后生态上的行为表现分析

第三步：转基因的杂草植株的杂草化实验主要了解作物与野生近缘杂草之间能否形成有活力的可育杂种?转基因的野生杂革种群在种群替代实验中是否比亲本杂草有更好的表现?如是，则风险较高，重新考虑其商业应用或进入第三步；如否，则风险较低，分析终止。转基因的杂草在生态上强的行为表现，是否导致转基因杂草植株的杂草化趋势增加?如是，则风险较高，重新考虑其商业应用；如否，则风险较低，分析终止。76第76页，课件共86页，创作于2023年2月（3）抗虫转基因作物带来的潜在风险风险：杀伤了益虫(如蜜蜂)和害虫的天敌(食虫昆虫、鸟类等)，破坏生态平衡由于害虫产生抗药性促使害虫更加猖狱研究目标：研制专一性强的杀虫剂，它只针对目标害虫。采用这类农药，可以保持生态平衡，保护害虫的天敌；采用综合防治法，以避免或减少害虫群体中抗药性个体的发展；减少杀虫剂的施用量，利用害虫的不断取食习性杀死害虫，但不伤害天敌。77第77页，课件共86页，创作于2023年2月转基因抗虫棉的新发现种植的Ｂｔ转基因棉花除了可以自己“杀虫”之外，还能保护周边的农作物免受棉铃虫危害，颇有“造福一方”的连带效应中国农业科学院吴孔明等研究人员在美国《科学》杂志2008年8月19日发表的有关转基因棉的一项科研成果研究数据表明，中国农民种植Ｂｔ转基因棉后，棉铃虫的数量显著减少，棉花产量增加了15％－20％，农药用量减少50％以上，因喷洒农药造成的生态污染大大减少，也让那些由于喷农药而中毒的棉农松了一口气。2007年，中国种植转基因棉约350万公顷，减少使用杀虫剂达14万吨

/2008/0919/200443230.shtml78第78页，课件共86页，创作于2023年2月（4）抗病毒转基因作物带来的潜在风险产生新病毒的可能性首先，选择压力的存在是病毒RNA重组的必要条件。其次，对大多数抗病毒转基因植物来说，表达序列与靶病毒RNA基因组之间具有同源性，而转入基因的序列与非靶病毒RNA基因组之间常常是没有同源性的。病毒寄主范围可能会扩大病毒的协同作用可能会使病毒病变得更加严重79第79页，课件共86页，创作于2023年2月3.转基因植物在毒理学方面的潜在风险转基因DNA分子本身带来的影响转基因编码的产物——酶或其他蛋白质的影响80第80页，课件共86页，创作于2023年2月三、转基因植物的安全性评价1.转基因植物安全